CN1289907C - 导磁构件端部缺陷检测装置 - Google Patents

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Abstract

导磁构件端部缺陷检测装置，属于检测设备，特别涉及应用漏磁检测原理检测导磁构件缺陷的装置。用于快速准确地检测出导磁构件端部缺陷，解决常规漏磁法检测导磁构件时的端部盲区问题。本装置包括检测部分和信号处理部分，检测部分磁化器两磁极、检测探头和辅助导杆位于一条轴线上，检测探头为周向剖分的两级压紧结构，第一级压紧结构包括壳体、压簧、压块，第二级压紧结构包括扭簧、探测体及其端部的霍尔元件和聚磁片，信号处理部分包括预处理器、信号处理器、显示器和控制器。本装置增加辅助导杆解决检测时端部盲区问题、精度高、效率高、在油管、抽油管、钻杆、钢棒等构件检测中有广阔运用前景。

Description

导磁构件端部缺陷检测装置
技术领域
本发明属于检测设备，特别涉及应用漏磁检测原理检测导磁构件缺陷的装置。
背景技术
在对抽油杆、钻杆、油管、钢棒等导磁构件的检测中，其端部检测是一个重点也是难点。在构件的使用过程中，端部是构件间连接的部位，受力复杂，最容易产生裂纹、腐蚀、磨损等缺陷。目前运用的主要检测方法仍是磁粉检测法(见吴则中、李景文、赵学胜等《有杆抽油设备与技术》石油工业出版社1994.10.P395-396)。磁粉检测法和漏磁检测法都属于磁性检测方法，都是在对工件进行磁化后利用缺陷处的漏磁场进行检测。但前者是靠漏磁场吸附外加的磁粉(干磁粉或磁悬液)在缺陷处堆积，检测人员凭肉眼判断缺陷。后者则是利用磁敏感元件来拾取漏磁信号，然后进行处理分析。应用漏磁检测导磁构件缺陷的装置包括检测部分和信号处理部分，检测部分的磁化器两磁极和检测探头由支撑件支持位于一条轴线上、检测探头处于磁化器两极之间，信号处理部分对检测探头获得的漏磁信号进行处理，包括信号采集及预处理器、信号处理器、显示器和控制器，见金建华，康宜华，王峻峰，杨叔子.《抽油杆裂纹在线定量检测原理与仪器》.石油矿场机械，1999.28(3)，P17～20。漏磁检测法具有高精确度、高检测效率、高抗干扰能力、使用方便安全等诸多优点。但是漏磁检测方法尚未用来检测导磁构件的端部缺陷，这是由于在对端部进行磁化时磁场易扩散，并且端部的形状特殊，实现机构复杂，不易实现自动化检测，所以一般均将端部视为检测的难点和盲区。
发明内容
本发明提出一种导磁构件端部缺陷检测装置，应用漏磁检测原理，用于对导磁构件端部，例如抽油杆过渡区、钻杆端头、油管管头、钢棒端头等部位缺陷的检测，以快速、准确地检测出端部缺陷，解决常规漏磁法检测导磁构件时的端部盲区问题。
本发明的一种导磁构件端部缺陷检测装置，包括检测部分和信号处理部分，检测部分的磁化器两磁极和检测探头由支撑件支撑位于一条轴线上、检测探头处于磁化器两极之间，信号处理部分包括信号采集及预处理器、信号处理器、显示器和控制器，其特征在于：
(1)检测部分还包括辅助导杆和扫描驱动机构，辅助导杆用高导磁材料制成、其截面积大于等于被测构件端面截面积，位于磁化器两磁极和检测探头的同一条轴线上，其杆身与磁化器一极相接触；
(2)扫描驱动机构连接检测探头或者辅助导杆、被测构件；被测构件被送进装置时，与辅助导杆接触，辅助导杆紧贴被测构件的端面，随后计算机发出信号使检测探头压紧被测构件并自动定心，扫描驱动机构开始动作，通过以下两种方式实现检测探头和被测构件之间的相对运动：
扫描驱动机构与检测探头连接，带动检测探头扫描被测构件完成检测；
扫描驱动机构与辅助导杆或被测构件连接，驱动辅助导杆运动或推动被测构件实现检测探头与被测构件相对运动完成扫描；
(3)磁化器由2～50对磁钢迭放构成，其轴向有效工作长度L与被测构件端部待检长度L′关系为L≥4L′。
所述的导磁构件端部缺陷检测装置，所述检测探头可以为周向剖分的两级压紧结构，第一级压紧结构由外缘向心依次包括壳体、压簧、压块，压簧弹性连接壳体和压块、压块外侧与壳体内侧滑动接触；第二级压紧结构包括活动连接在压块侧面的扭簧、探测体以及装在其端部的霍尔元件和聚磁片，探测体的一端和压块活动连接，扭簧安装在压块和探测体之间，扭簧的两端分别压在压块和探测体上，聚磁片和作为检测元件的霍尔元件安装在探测体的另一端。
所述的导磁构件端部缺陷检测装置，其进一步的特征在于所述探测体端部的霍尔元件置于两片聚磁片之间或者嵌于聚磁片之中，聚磁片由高导磁材料制成。
所述的导磁构件端部缺陷检测装置，扫描驱动机构可以采用推行汽缸、直线汽缸、电动推杆或步进电机。
当被测构件被送进装置时，与辅助导杆接触，辅助导杆紧贴被测构件的端面，由磁化器对被测构件端部和辅助导杆同时进行磁化。磁化器采用永磁磁钢作为励磁磁源，可根据被测构件横截面积的不同，选择磁钢使被测构件端部达到磁化饱和或近饱和状态。与以往磁化方式的不同之处在于不是对端部的某一局部进行磁化，而是通过磁路将被测端部整体进行磁化。形成磁路的关键在于增加了辅助导杆使得被测构件和辅助导杆共同构成导磁体，对漏磁检测法来讲，这种做法对漏磁信号的优化以及对背景噪声的抑制都有很大的改善。计算机发信号控制漏磁检测探头，使探头压紧并自动定心；扫描驱动机构开始动作实现检测探头与被测构件端部之间的相对运动，信号采集预处理器对探头采集到的信号进行放大、滤波等处理后将信号转化为数字信号，再由计算机信号处理系统进行分析处理，然后进行显示和打印。
本发明的扫描驱动机构，对不同的被检测构件，由于其大小、尺寸和重量之间较大的差异，所使用的扫描驱动机构可以不同。对于抽油杆、细钢棒之类较细较轻的构件，常采用一般的推行汽缸或电动推杆推动被测构件实现检测探头与被测构件的相对运动。但对于钻杆、油管等较粗较重的构件则采用直线汽缸或步进电机等带动检测探头扫描被测构件来完成检测。
本发明运用漏磁检测原理和方法，检测精度高、抗干扰能力强，操作人员劳动强度低；增加辅助导杆使得磁化器能够将被测端部整体磁化，从而解决对导磁构件进行检测时的端部盲区问题；两级压紧漏磁检测探头能够随着被测构件尺寸、形状的变化和构件端部尺寸的变化而自动适应和自动定心，使得设备能够用于不同规格的构件，投资少，并且能够抑制直径渐变、径向晃动、径向振动等不利因素对检测信号的影响；检测探头扫描方式灵活，根据被测构件的不同可以适当选择；检测结果显示清晰准确，减少工作人员的误判。本发明填补了用漏磁法检测构件端部盲区缺陷的空白，在油管、抽油杆、钻杆、钢棒等导磁构件的检测中具有广阔的应用前景。
附图说明
图1检测装置总体构成示意图；
图2漏磁检测探头示意图；
图3端面为圆形或椭圆形的构件检测探头周向剖分结构示意图；
图4聚磁片安装位置示意图；
图5抽油杆过渡区缺陷示意图；
图6本装置应用于图5所示抽油杆过渡区缺陷检测时所获得的缺陷信号。
具体实施方式
如图1所示，整个装置主要由辅助导杆(1)、磁化器(2)、检测探头(7)、信号采集及预处理器(8)、信号处理器(9)、控制器(10)、扫描驱动机构(13)和显示器(11)打印机(12)以及必要的支撑(3)、(4)、(6)组成。图1中(3)用来支撑扫描驱动机构(13)，(4)用来支撑整个系统，用膨胀螺栓将整个装置紧固在地面上，(6)用来支撑检测探头(7)。磁化器(2)由励磁源和衔铁组成，采用永磁磁钢作为励磁磁源，利用装置中的横梁作为导磁衔铁，在与导杆(1)和被测构件(5)接触时形成磁路对它们进行磁化。可根据被测构件(5)横截面积的不同，选择2～50对磁钢使被测构件端部达到磁化饱和或近饱和状态。
图2和图3所示，检测探头(7)两级压紧和自动定心装置，采用周向剖分结构，对圆形端面可以上下剖分，并选用2～4个浮动检测单元，图中(22)为上半剖分体，(21)为下半剖分体；对椭圆形也可以采用上下剖分结构，周向剖分结构可以让被测构件能够方便地放进和从检测探头中方便地取出。(14)为探头壳体，压簧(15)一端连接壳体(14)另一端与压块(16)相连接。(15)、(16)一起构成第一级浮动压紧结构，沿被测构件周向布置，能够随着被测构件(5)尺寸的不同进行浮动，并且在探头合拢后始终保持与构件同心，能够将构件压紧以减少探头扫描引起的抖动等干扰。(17)为压紧扭簧，(18)为探测体，(17)、(18)一起构成第二级浮动结构，与第一级浮动结构连接在一起，沿被测构件周向布置，1～8个探测元件(霍尔元件)(20)和2～16片聚磁片(19)安装在其上，能够相对于第一级浮动装置做进一步的适应性浮动和调整。聚磁片(19)由高导磁材料制成，放置在霍尔元件的两侧，或将霍尔元件嵌于其中，如图4所示。
图5所示为现场检测的一抽油杆过渡区缺陷示意图，缺陷(23)为一环绕过渡区的深浅不一的槽，在油污下无法识别。采用本发明装置对其进行检测所得信号如图6所示，其中(24)、(25)、(27)信号幅值较大，为探头覆盖位置上存在的缺陷检测信号，(26)所对应缺陷特征和前面三处相同，只是深度稍小。

Claims (4)

1.一种导磁构件端部缺陷检测装置，包括检测部分和信号处理部分，检测部分的磁化器两磁极和检测探头由支撑件支撑位于一条轴线上、检测探头处于磁化器两极之间，信号处理部分包括信号采集及预处理器、信号处理器、显示器和控制器，其特征在于：
(1)检测部分还包括辅助导杆和扫描驱动机构，辅助导杆用高导磁材料制成、其截面积大于等于被测构件端面截面积，位于磁化器两磁极和检测探头的同一条轴线上，其杆身与磁化器一极相接触；
(2)扫描驱动机构连接检测探头或者辅助导杆、被测构件；被测构件被送进装置时，与辅助导杆接触，辅助导杆紧贴被测构件的端面，随后计算机发出信号使检测探头压紧被测构件并自动定心，扫描驱动机构开始动作，通过以下两种方式实现检测探头和被测构件之间的相对运动：
扫描驱动机构与检测探头连接，带动检测探头扫描被测构件完成检测；
扫描驱动机构与辅助导杆或被测构件连接，驱动辅助导杆运动或推动被测构件实现检测探头与被测构件相对运动完成扫描；
(3)磁化器由2～50对磁钢迭放构成，其轴向有效工作长度L与被测构件端部待检长度L′关系为L≥4L′。
2.如权利要求1所述的导磁构件端部缺陷检测装置，其特征在于所述检测探头为周向剖分的两级压紧结构，第一级压紧结构由外缘向心依次包括壳体、压簧、压块，压簧弹性连接壳体和压块、压块外侧与壳体内侧滑动接触；第二级压紧结构包括活动连接在压块侧面的扭簧、探测体以及装在其端部的霍尔元件和聚磁片，探测体的一端和压块活动连接，扭簧安装在压块和探测体之间，扭簧的两端分别压在压块和探测体上，聚磁片和作为检测元件的霍尔元件安装在探测体的另一端。
3.如权利要求2所述的导磁构件端部缺陷检测装置，其特征在于所述探测体端部的霍尔元件置于两片聚磁片之间或者嵌于聚磁片之中，聚磁片由高导磁材料制成。
4.如权利要求1、2或3所述的导磁构件端部缺陷检测装置，其特征在于扫描驱动机构采用推行汽缸、直线汽缸、电动推杆或步进电机。
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